MAXREFDES39#：通过MAX11300 PIXI实现功率放大器偏置

一、概述

在射频基站应用中，功率放大器（PA）的偏置和监测至关重要。MAXREFDES39#参考设计使用MAX11300（也称为可编程混合信号I/O（PIXI））来实现对功率放大器的偏置和监测。该设计可适用于任何功率放大器，这里以英飞凌PTMA210152M - 20W为例进行说明。

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设计特点

1. 适用范围：可对频分双工（FDD）和时分双工（TDD）射频功率放大器进行监测、偏置和控制。
2. 监测功能
   • 能够进行精确的电压和电流测量。
   • 通过Maxim电流检测放大器（MAX44285）进行电流测量。
   • 监测第一级和第二级放大器的漏极电压和电流。
   • 具备两个外部和一个内部温度监测器。
   • 实现第一级和第二级放大器的栅极偏置。
3. 控制功能
   • 实现快速的射频功率放大器开关控制。
   • 具备同步TDD功能。
   • 提供高效、可调节的漏极电压供应。
   • 具备LED信号和报警功能。
   • 拥有自动控制功能。

电路隔离与供电

USB接口到微控制器以及串行接口到MAX11300通过MAX14850与主电路进行数字隔离。微控制器部分通过USB供电，而电路的其余部分由单独的36V直流电源供电。

二、设计细节

MAX11300内部设计

该设计利用了MAX11300高度可配置的输入/输出能力来偏置英飞凌PTAM210152M 15W两级LDMOS功率放大器。MAX11300内部包含六个单端ADC、四个DAC、两个开关和两个GPO。

• ADC配置：三个ADC配置为0至2.5V输入范围用于电流检测测量，另外三个配置为0至10V输入范围用于电源电压检测。
• DAC配置：两个DAC用于调节MAX17503 DC - DC转换器，以实现功率放大器的最佳功率输出；另外两个DAC用于对功率放大器的第一级和第二级进行偏置。
• 开关应用：GPI控制的模拟开关可用于TDD应用中DAC输出的快速切换。若不需要快速切换，可通过内部连接或微控制器的隔离GPIO进行连接。

电源供应与调节

输入功率由36V、150W直流电源提供。MAX17503 DC - DC转换器用于将电压调节为15V至28V供功率放大器使用，其输入范围为4.5至60V，最大输出电流为2.5A。DAC输出用于调节这些转换器的FB输入。

电流与温度测量

• 电流测量：使用MAX44285电流检测放大器（CSAs）测量功率放大器第一级和第二级的偏置电流。CSA输出范围设计为在0至1A电流下，使用0.05Ω传感器电阻和50的增益时，输出范围为0至2.5V，因此所有用于监测电流的ADC选择0至2.5V的范围。
• 温度测量：通过热膏将外部二极管连接到功率放大器，并连接到MAX11300的EXT Temp 1引脚；另一个二极管连接到功率放大器板并连接到MAX11300的EXT Temp 2引脚。

三、快速启动

所需设备

• 带有USB端口的Windows PC
• MAXREFDES39#板
• 36V、150W直流电源（包含在MAXREFDES39#套件中）
• 带电缆的温度传感器（包含在MAXREFDES39#套件中）
• 英飞凌PTMA210152M功率放大器评估（EV）套件（不包含）
• 连接MAXREFDES39#板和功率放大器EV套件所需的电缆
• 可能需要的射频衰减器

测试步骤

1. 下载并安装MAXREFDES39#软件。
2. 将36V电源连接到直流插孔J9。
3. 通过迷你USB电缆将MAXREFDES39#板连接到PC。
4. 自动驱动软件安装完成后，通过开始菜单中的图标运行软件。
5. 通过配置选项卡加载随软件提供的MAX11300配置文件（MAXREFDES39#_config_file.csv）。
6. 视觉验证后，将文件写入MAX11300设备。
7. 通过控制/监测选项卡读取ADC，结果应接近图5所示。
8. 改变PORT0和PORT10的DAC电压从1V - 9V，分别测量V1和V2处从28V到12V的电压变化。
9. 若上述测试通过，连接功率放大器EV套件。
10. 通过分别改变PORT6和PORT14的DAC电压从2V到3V来调整功率放大器第一级和第二级的增益。
11. 从校准选项卡校准所有DAC和ADC配置端口的增益和偏移误差。

四、软件流程

配置功能

通过读取MAX11300配置软件生成的寄存器映射文件来配置MAX11300设备。配置选项卡提供加载配置文件的选项，加载后可查看设备的完整配置，若配置匹配可写入MAX11300设备，该配置也可用于其他两级功率放大器。

控制/监测功能

控制/监测选项卡可设置所有DAC配置端口的电压并读取所有ADC配置端口的数据，可读取ADC端口的瞬时输出和平均输出，软件还会计算平均数据的标准偏差。

校准功能

校准选项卡用于校准ADC和DAC的增益和偏移误差，在该选项卡上设置增益和偏移误差补偿值，通过控制/监测选项卡读写MAX11300设备数据时可看到对ADC和DAC配置端口的影响。

五、实验室测量

将2.1GHz射频输入连接到PTMA210152M EV套件，通过MAXREDES39#板对功率放大器进行偏置，EV套件的输出通过射频衰减器连接到频谱分析仪。功率放大器通过DAC配置端口（端口6和端口14）进行偏置，频谱分析仪结果显示，在100kHz跨度内，MAX11300未引入任何尖峰，而DAC更新速率为25kHz。

大家在实际应用中，是否遇到过类似功率放大器偏置和监测的问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。